2021年的智能手机,会实现真正的“变焦”吗?

三易生活 · 2021-01-06
在变焦已经成为手机影像功能的重要一环后,连续光学变焦或将复兴。

编者按:本文来自微信公众号“三易生活”(ID:IT-3eLife),作者:三易菌,36氪经授权发布。

众所周知,影像功能早已成为当今智能手机最受关注的功能点之一。这一方面反映出在如今网速越来越快、社交软件越来越便利的背景下,用户的社交方式已经从单纯的文字和语音,向着影像和视频转变的趋势;而另一方面来说,市场对于“拍照手机”的热捧,也直接促使了智能手机影像相关技术的高速发展。

千元机(redmi Note9 Pro)现在也有1亿像素了

比如说从2018年底到2020年底短短两年时间里,千元级机型的主摄规格就从1200万像素跃升到了1.08亿像素,而旗舰影像机型的主流CMOS尺寸,也从1/2.6英寸、1/2.3英寸“膨胀”到了如今的1/1.56英寸,甚至1/1.33英寸。更不要说摄像头数量上的增长毕竟在两年前又有谁会想到,如今四摄甚至五摄都已经“遍地走”的情况呢?

但是如果我们告诉大家,如今智能手机在一项关键影像技术上不仅长期没有根本性的进步,甚至相比过去还有所倒退,大家能想到是什么吗?答案是变焦。

可能有的朋友会说,两年前的手机哪有现在这么强的变焦能力,你看现在的产品,60倍变焦都好几个了,100倍超长变焦的也有了,这难道不是技术进步吗?

很遗憾,还真不是,因为我们要说的,其实是智能手机“变焦”的实现方法。或者说,是“变焦”的本质原理问题。

主流的接力方案,其实问题多多

智能手机是如何实现变焦拍摄的?简单来说,它主要有两种技术解决方案。

首先,是当今最为主流的“多摄接力变焦”。简单来说,其指的就是给智能手机配备多个焦距不同的摄像头模组,然后通过在它们之间切换来实现“变焦”效果。

比如说,假设一款手机有三枚摄像头,其中主摄是25mm焦距的广角,副摄1是16mm焦距的超广角,副摄2则是一枚50mm焦距的长焦。那么通过切换镜头,这款机型就可以实现16mm、25mm、50mm三种焦距上的“变焦”了。

但是这样一来,问题就出现了。首先,如果用户恰好想要使用位于这三个焦距之间的某个焦段的话,那么要如何去满足Ta的呢?

答案很简单,是通过使用更低焦距的镜头,加上数码放大的算法来实现。比如说对于20mm的焦距,这个例子中的机型通常就会先切换到16mm的超广角副摄,然后再按照一定比例放大画面;而对于35mm焦距,则是使用25mm的主摄,然后放大画面而来。

数码变焦相比于纯正的光学变焦,画质损失是非常严重的

众所周知,数码放大算法或者说“数码变焦”,本身就会导致明显的画面损失,所以对于常见的“接力变焦”来说,厂商往往会在相机界面里设置几个固定焦段的按钮,分别对应几个镜头的原生焦距。为的就是让用户尽量少去使用到中间焦段,从而避免让察觉到中间焦段的放大损失问题。

大部分手机的副摄相比主摄都会有不同程度的缩水,旗舰也不例外

其次,正如我们刚刚所讲到的那样,对于当今绝大多数智能手机产品来说,一般只有主摄的CMOS尺寸和镜头用料等方面是最好的,而超广角与长焦等副摄则多少会有所“缩水”。这就意味着一旦使用变焦功能,哪怕不是中间焦段,接力式变焦也不可避免地会出现画质下降问题。

新兴的大底算法方案,也并不能做到完美

既然“接力变焦”存在着副摄画质缩水、中间焦段数码放大损失的问题,那么有没有一种变焦方案可以解决这两大短板呢?

别说,还真有,这就是三星今年年初在Galaxy S20/S20+上带来的“大底融合变焦”。

如果大家关注过三星这两款机型的相机部分设计可能就知道,它们使用了一套非常特别的主摄和副摄组合。一方面,Galaxy S20/S20+的主摄是一枚1/1.7英寸、1200万像素的高速对焦传感器,配合的是26mm的广角镜头;另一方面,它们的“长焦”副摄则都使用了一枚1/1.7英寸、6400万像素的高像素传感器,配合的则是28mm的广角镜头。

发现了吗?没错,与传统的“接力变焦”设计不同,Galaxy S20/S20+的“长焦副摄”一方面拥有与主摄一样大的尺寸,以及比主摄还要高的像素。并且它们的“长焦副摄”在物理上来说其实根本就不长焦,因为其焦距其实只比主摄多了那么2mm而已。

如此一来,也就意味着对于Galaxy S20/S20+来说,它们的所谓“变焦”其实完全就是基于主副摄融合、AI计算,以及靠副摄的大底高像素进行裁切而来的“算法”效果。

但是由于三星的这种特殊变焦设计中,副摄本身的CMOS规格实在是比业界常规(副摄)的方案超出太多。以至于它虽然是由算法实现的变焦效果,但在例如DxOMark的评分体系中,Galaxy S20+的变焦分数(81分),却反而还要领先使用小底低像素副摄+真两倍焦距镜头的Galaxy S10+(68分)和iPhone 11 Pro Max(74分)许多。也算是从结果论上证明了,这种非常规设计的有效性。

而且因为Galaxy S20/S20+的长焦端本质上是全程基于算法来实现的,因此反而可以避免传统“接力变焦”在特定焦距上画质较好,而在其他焦距上画质均下降的使用体验。

然而,即便这种双大底的融合变焦在效果上比常规的接力变焦可能是要好一点,但它依然不能算是最理想的变焦方案。因为主副摄就算再怎么大底、再怎么高像素,由于没有真正的光学变焦镜头,融合出的图像还是会随着放大(变焦)而逐渐降低。

真正的连续光学变焦,会在明年复兴吗

说了这么多,那么怎样的设计才能真正实现连贯的拍摄变焦、且变焦过程中画质始终不衰减呢?很简单,它就是“连续光学变焦”设计。

所谓连续光学变焦,正如其字面意思所示,就是直接使用单一一枚带有真正多组光学变焦镜片的潜望式摄像头,实现从广角端到长焦端的整个变焦过程。

在这个过程中,CMOS不发生切换,因此不会出现因为“副摄”相比主摄规格缩水而导致的画质降低问题。也基本不需要额外变焦算法的参与,因此画面的解析力原则上可以一直保持一致,以达到最佳的变焦画质表现。

这是相机?不,这是手机

最为重要的是,“连续光学变焦”其实根本就不是什么最新的设计,其很多年前就已经出现在手机行业中。早在2007年,索尼爱立信就推出了内置三倍潜望式防抖光学变焦、变焦范围4.5-13.5mm,可变光圈F2.8~F5.4的500万像素拍照手机SO905iCS。当然,它并不是智能手机,顶多只能算是开了拍照手机潜望式变焦的先河。

到了2015年,华硕通过与日本光学厂商HOYA合作,成功地在Android手机里塞进了一枚具备三倍望远倍率,而且还兼容了OIS光学防抖的10片式连续变焦变焦潜望式光学镜头。它不仅复杂度远胜现在的主流智能手机镜头,而且是第一个在Android机型里实现了完全不需要算法辅助的1倍~3倍焦距连续可变光学变焦。

华硕当时为Zenfone Zoom定制的10片式连续变焦镜头模组

从某种程度上,我们可以说智能手机的“真·光学变焦”设计,其实是早就已经有了现成的方案。但之所以后来普遍没有跟进这种真正对画质有好处的设计,一方面可能是出于对其成本和机身厚度的恐惧,另外一方面,则大概就是多几个摄像头看起来反而更唬人吧。

好在随着消费者对于智能手机影像能力的需求,已经从单纯的“镜头要多”、“像素要高”,逐渐回到了对于画质和拍摄体验的本质上来,手机厂商似乎也终于做好了相应的准备。

首先是在今年年初,vivo推出了一款名为APEX 2020的概念手机。它配备了两枚摄像头,其中一枚搭载的是vivo自研的微云台主摄,而另一枚就是使用了连续光学变焦设计的长焦镜头。很显然,微云台如今已经有了X50 Pro以及刚刚发布的X60系列两代量产产品,因此这也不禁让我们好奇,vivo准备何时让连续光学变焦镜头量产。

其次,在2020年7月,证券分析师郭明錤曾做出预测称,苹果未来将会至少有一款配备潜望式光学变焦设计的iPhone机型。而且更为重要的是,早在2015年,一份被曝光的设计专利就已经显示,苹果已经掌握了一部分连续光学变焦镜头的相关技术,甚至也完成了潜望式镜头光学防抖相关的设计。只不过因为这一设计中一些关键部位遇到了绕不过去的专利障碍,才导致iPhone迟迟没能摆脱接力式光学变焦的设计。

苹果的连续变焦镜头结构设计专利

而据外媒DigiTimes公布的一份报告表示,苹果似乎最终还是下决心采用效果更好的连续光学变焦设计,以替代掉现有的多摄变焦方案。而为了能够做到这一点,他们将会寻求三星及LG等厂商为其授权,或是通过代工服务来绕开专利限制。

从目前的相关爆料信息来看,至少vivo与苹果都极有可能已经具备了复兴连续光学变焦设计的能力,并或已正在进行准备工作。并且考虑到他们本身在业界的地位,我们似乎可以期待,未来智能手机在变焦设计上新的一波变革即将到来。

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